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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Flanscheinrichtung zur vakuumdichten
Verbindung mit einem Gegenflansch, wobei die Flanscheinrichtung
ein mit dem Gegenflansch mechanisch verbindbares Ringstück aufweist,
an dem mindestens ein mit einer Dichtfläche des Gegenflanschs zusammenwirkender erster
elastischer Dichtring angeordnet ist oder das eine Dichtfläche zum
Zusammenwirken mit mindestens einem am Gegenflansch angeordneten
oder zwischen dem Ringstück
und dem Gegenflansch einzulegenden ersten elastischen Dichtring
aufweist.
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Flansche
zum vakuumdichten Verbinden von Bauteilen von Vakuumanlagen sind
bekannt und in einschlägigen
Normen normiert. Ein Nachteil bei herkömmlichen Flanschen, beispielsweise
wenn über ein
Verbindungsbauteil zwei Vakuumkammern zu verbinden sind, besteht
darin, dass die zu verbindenden Flansche bezüglich einer gegenseitigen Verkippung,
Verdrehung und Platzierung in Richtung ihrer Längsachsen genau zueinander
ausgerichtet werden müssen.
Dies hat beispielsweise bei zu verbindenden Vakuumkammern die Folge,
dass die Vakuumkammern selbst genau zueinander ausgerichtet werden
müssen.
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Um
Freiheitsgrade bezüglich
der Platzierung von miteinander zu verbindenden Vakuumbauteilen zu
erreichen sind Verbindungsbauteile bekannt, welche einen Wellenbalgabschnitt
aufweisen. Ein Nachteil ist die relativ große erforderliche Baulänge.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Flanscheinrichtung zur vakuumdichten Verbindung
mit einem Gegenflansch bereitzustellen, durch welche Toleranzen
in der Platzierung der zu verbindenden Vakuumbauteile ermöglicht werden,
wobei die Flanscheinrichtung kompakt ausbildbar sein soll. Erfindungsgemäß gelingt
dies durch eine Flanscheinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Flanscheinrichtung
wird durch den mindestens einen Freiheitsgrad für die Bewegungsmöglichkeit
des Ringstücks gegenüber dem
Basisstück
eine Anpassbarkeit an die vorliegende Stellung der zu verbindenden
Vakuumbauteile erreicht. Das Ringstück kann hierbei gegenüber dem
Basisstück
achsial verschiebbar und/oder um eine quer zur Längsachse des Basisstücks liegende
Achse verkippbar und/oder um die Längsachse des Basisstücks verdrehbar
sein.
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Eine
erfindungsgemäße Flanscheinrichtung weist
vorteilhafterweise einen relativ einfachen Aufbau auf. Durch eine
erfindungsgemäße Flanscheinrichtung
kann es auch ermöglicht
werden, ein Verbindungsbauteil in einen vorgegebenen Bauraum zwischen
zwei über
das Verbindungsbauteil vakuumdicht miteinander zu verbindenden Vakuumkammern einzubauen,
ohne die Vakuumkammern bewegen zu müssen.
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Wenn
im Rahmen dieser Schrift von einer „vakuumdichten Verbindung" die Rede ist, so
bedeutet dies, dass diese eine ausreichend niedrige Leckrate aufweisen
muss, um ein Arbeiten unter Vakuumbedingungen zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Leckrate bei einer vakuumdichten Verbindung
zumindest kleiner als 1 × 10–9 mbarlsec–1 bezogen
auf Helium.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
der beiliegenden Zeichnung erläutert.
In dieser zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
ein in Form eines Rohrleitungsbauteils ausgebildetes Vakuumbauteil,
welches über
Flansche beidseitig mit weiteren Vakuumbauteilen verbunden ist;
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch
ein Verbindungsbauteil, welches einerseits über einen herkömmlichen
Flansch mit einer Vakuumkammer, andererseits über eine erfindungsgemäße Flanscheinrichtung
mit einer weiteren Vakuumkammer verbunden ist;
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 2 im Bereich der erfindungsgemäßen Flanscheinrichtung;
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4 eine
Darstellung analog 3, aber im gegenüber 3 achsial
verschobenen Zustand des Ringstücks
gegenüber
dem Basisstück;
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5 eine
Darstellung analog 2, aber im verkippten Zustand
des Ringstücks
gegenüber dem
Basisstück;
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6 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 5;
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7 einen
schematischen Querschnitt durch ein Verbindungsteil der in 2 dargestellten Art,
in Richtung zum Ringstück
gesehen, wobei das Ringstück
zum Basisstück
um die Längsachse
des Basisstücks
verdreht ist;
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8 einen
Schnitt analog 6 einer modifizierten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 einen
Schnitt analog 3 einer weiteren modifizierten
Ausführungsform
der Erfindung;
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10 einen
schematischen horizontalen Schnitt durch Teile zweier über ein
Verbindungsbauteil miteinander zu verbindender Vakuumkammern;
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11 einen
Schnitt analog 10 zusammen mit einem mit den
Vakuumkammern verbundenen Verbindungsbauteil und einer schematischen Darstellung
einer an das Verbindungsbauteil angeschlossenen Vakuumpumpe.
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1 zeigt
ein Verbindungsbauteil nach dem Stand der Technik, welches beidseitig
Flansche 2, 3 aufweist, über welche es unter Zwischenschaltung
eines jeweiligen elastischen Dichtrings mit Flanschen 5, 6 und
weiteren Vakuumbauteilen, beispielsweise Vakuumkammern, vakuumdicht
verbindbar ist. Damit die Verbindung über das Verbindungsbauteil 1 durchgeführt werden
kann, müssen
die die Flansche 5, 6 aufweisenden Vakuumbauteile
genau zueinander positioniert werden, unter anderem bezüglich der parallelen
Anordnung ihrer Achsen. Wenn das Verbindungsbauteil 1 bei
einer bestehenden Anordnung der die Flansche 5, 6 aufweisenden
Vakuumbauteile demontiert oder montiert werden soll, beispielsweise zu
Servicezwecken oder bei einer Änderung
einer bestehenden Konfiguration (z. B. Entfer nen von Blindflanschen
und Einbau des Verbindungsbauteils 1), so ist ein Auseinanderrücken der
die Flansche 5, 6 aufweisenden Vakuumbauteile
zum Einsetzen und Herausnehmen des Verbindungsbauteils 1 in
den Zwischenraum zwischen den Flanschen 5, 6 erforderlich.
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Ein
Vakuumbauteil 7, welches ein Verbindungsbauteil darstellt
und eine erfindungsgemäße Flanscheinrichtung 8 aufweist,
ist in 2 dargestellt. Das Vakuumbauteil 7 besitzt
einen Innenraum 9, der einen Vakuumbereich bildet, d. h.
im Betriebszustand der Vakuumanlage, in die das Vakuumbauteil 7 eingebaut
ist, kann im Innenraum 9 ein Vakuum aufrecht erhalten werden.
Der Innenraum 9 mündet an
der Flanschöffnung
der Flanscheinrichtung 8.
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Die
Flanscheinrichtung 8 ist mit einem Gegenflansch 10 eines
weiteren Vakuumbauteils 11, beispielsweise einer Vakuumkammer,
vakuumdicht verbunden. Der Gegenflansch 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
in herkömmlicher
Weise ausgebildet. Das Vakuumbauteil 11 besitzt einen Innenraum 12,
der einen Vakuumbereich darstellt. Im miteinander verbundenen Zustand
der Flanscheinrichtung 8 mit dem Gegenflansch 10 kommunizieren
die Innenräume 9, 12 der
Vakuumbauteile 7, 11 über die Flanschöffnungen
der Flanscheinrichtung 8 und des Gegenflansches 10 miteinander.
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Das
Vakuumbauteil 7 besitzt einen weiteren Flansch 13,
der im gezeigten Ausführungsbeispiel
in herkömmlicher
Weise ausgebildet ist und mittels eines Dichtrings 14 mit
einem Gegenflansch 15 eines weiteren Vakuumbauteils 16,
beispielsweise einer Vakuumkammer, vakuumdicht verbunden ist. Im
miteinander verbundenen Zustand des Flansches 13 mit dem
Gegenflansch 15 kommunizieren der Innenraum 9 des
Vakuumbauteils 7, der an der Flanschöffnung des Flansches 13 mündet, und
der Innenraum 17 des Vakuumbauteils 16, der ebenfalls
einen Vakuumbereich der Vakuumanlage darstellt und an der Flanschöffnung des
Gegenflansches 15 mündet. Über den
Innenraum 9 des als Verbindungsbauteil ausgebildeten Vakuumbauteils 7 werden
somit Vakuumbereiche von anderen Vakuumbauteilen 11, 16 miteinander
verbunden.
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Die
Flanscheinrichtung 8 umfasst ein Ringstück 18 und ein Basisstück 19.
Das Ringstück 18 umgibt
das Basisstück 19 ringförmig, wobei
in einer unverkippten Grundstellung des Ringstücks 18 die Längsachse
des Ringstücks 18 und
die Längsachse 24 des
Basisstücks 19 zusammenfallen.
Das Ringstück 18 der
Flanscheinrichtung 8 ist mit dem Gegenflansch 10 mechanisch
verbindbar. Hierzu dienen im gezeigten Ausführungsbeispiel Schrauben 20,
die durch Bohrungen 21 des Ringstücks 18 durchgesteckt
werden und in Gewindebohrungen im Gegenflansch 15 eingeschraubt
werden. Die Bohrungen 21 erstrecken sich in achsialer Richtung
des Ringstücks 18.
Andere Möglichkeiten
zur mechanischen Verbindung des Ringstücks 18 mit dem Gegenflansch 10, wobei
das Ringstück 18 und
der Gegenflansch 10 zusammengezogen werden, sind denkbar
und möglich, beispielsweise
wie sie von herkömmlichen
Vakuumflanschen her bekannt sind. Z. B. können die Schrauben 20 durch
Bohrungen des Gegenflansches 10 durchgesteckt sein, wobei
das Ringstück 18 und
der Gegenflansch 10 mittels auf die Schrauben 20 aufgeschraubte
Muttern zusammengezogen werden. Auch Klem men, Klammern oder dergleichen
können
zum Zusammenziehen des Ringstücks 18 und
Gegenflansches 10 vorgesehen sein.
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Die
Abdichtung zwischen dem Ringstück 18 und
dem Gegenflansch 10 erfolgt mittels eines, vorzugsweise
kreisringförmigen,
elastischen Dichtrings 22. Dieser ist in einer ringförmigen,
vorzugsweise kreisringförmigen,
Nut des Ringstücks 18 gehalten, wobei
er die vom Ringstück 18 gebildete
Flanschöffnung
der Flanscheinrichtung 8 umgibt, und an eine die Flanschöffnung des
Gegenflansches 10 umgebende Dichtfläche angedrückt. Der Dichtring 22 könnte auch
am Gegenflansch 15 angeordnet sein, beispielsweise in einer
die Flanschöffnung
des Gegenflansches 15 umgebenden Ringnut des Gegenflansches 15 und
an eine die Flanschöffnung
des Ringstücks 18 umgebende
Dichtfläche
des Ringstücks 18 angedrückt sein.
Anstelle der Anordnung in einer Nut könnte der die entsprechende
Flanschöffnung
umgebende elastische Dichtring 22 auch am Ringstück 18 oder
am Gegenflansch 10 anvulkanisiert sein. Auch ein lose zwischen
dem Ringstück 18 und
Gegenflansch 10 eingelegter elastischer Dichtring könnte vorgesehen
sein, der an Dichtflächen des
Ringstücks 8 und
Gegenflansches 15 angedrückt ist, welche die jeweilige
Flanschöffnung
umgeben. Grundsätzlich
denkbar und möglich
wäre es auch
die Abdichtung zwischen dem Ringstück 18 und dem Gegenflansch 10 mittels
mehr als einem elastischen Dichtring 22 durchzuführen.
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Das
Ringstück 18 ist
gegenüber
dem Basisstück 19 durch
einen elastischen Dichtring 23 abgedichtet. Der vorzugsweise
kreisringförmige
elastische Dichtring 23 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
am Basisstück 19 angeordnet,
wobei er das Basisstück 19 im
Bereich von dessen von der zentralen Längsachse 24 abgewandten
Außenfläche umgibt. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Dichtring 23 in einer Ringnut an der von der Längsachse 24 abgewandten
Oberfläche
angeordnet. Beispielsweise könnte
er auch an der von der Längsachse 24 abgewandten äußeren Oberfläche des
Basisstücks 19 anvulkanisiert
sein. Der elastische Dichtring 23 ist an eine Dichtfläche 25 des
Ringstücks 18 angedrückt, welche
die Längsachse 24 des
Basisstücks 19 umgibt
und dieser zugewandt ist.
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Das
Basisstück 19 besitzt
einen inneren Hohlraum, der zur vom Ringstück 18 gebildeten Flanschöffnung der
Flanscheinrichtung 8 hin offen ist und zum einen Vakuumbereich
bildenden Innenraum 9 des Vakuumbauteils 7 gehört. Mit
anderen Worten durchsetzt der Innenraum 9 des Vakuumbauteils 7 das
Basisstück 19 und
mündet
auf der dem Gegenflansch 10 zugewandten Stirnseite des
Basisstücks 19.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Vakuumbauteil 7 rohrstückartig ausgebildet und besitzt einen
kanalartigen Innenraum 9, wobei das Basisstück 19 vom
Endabschnitt dieses Rohrstücks
gebildet wird. Das Basisstück 19 könnte beispielsweise auch
von einem rohrstutzenförmigen
Teil ausgebildet sein, welches an einem eine andere Form aufweisenden
Teil des Vakuumbauteils 7 angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Länge
des Ringstücks 18 wesentlich
kleiner als der Durchmesser des inneren Hohlraums des Basisstücks 19.
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Zur
Ermöglichung
einer achsialen Verschiebung des Basisstücks 19 gegenüber dem
Ringstück 18 ist
die Dichtfläche 25 vorzugsweise
zylindermantelförmig
ausgebildet. Zwei verschiedene Achsialstellungen des Ringstücks 18 gegenüber dem
Basisstück 19 sind
in den 3 und 4 dargestellt, wobei in der
Stellung von 4 der Abstand d zwischen dem
Basisstück 19 und
dem Gegenflansch 10 größer als
in der Stellung von 3 ist.
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Das
Ringstück 18 ist
gegenüber
dem Basisstück 19 weiters
in einem gewissen Winkelbereich verkippbar, wie dies in den 5 und 6 dargestellt
ist. Die Verkippung kann um eine beliebige, quer zur Längsachse 24 liegende
Achse 26 erfolgen. Bei der in den 5 und 6 dargestellten
Verkippung steht die Achse 26 rechtwinklig zur Zeichenebene. Wenn
die Dichtfläche 24 zylindermantelförmig ausgebildet
ist, so ändert
sich bei der Verkippung des Ringstücks 18 gegenüber dem
Basisstück 19 die
Verpressung des elastischen Dichtrings 23, wobei im für die Verkippung
zulässigen
bzw. ermöglichten
(durch Anschläge
begrenzten) Winkelbereich eine ausreichend starke Verpressung des
Dichtrings 23 erhalten bleibt, um die vakuumdichte Abdichtung
zwischen dem Ringstück 18 und
Basisstück 19 zu
erzielen.
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Die
Nut, in der im gezeigten Ausführungsbeispiel
der elastische Dichtring 23 angeordnet ist wird durch die
Nut beidseitig begrenzende Vorsprünge an der äußeren Oberfläche des
Basisstücks 19 gebildet. Günstigerweise
weisen diese Vorsprünge 27, 28 bezogen
auf die Richtung der Längsachse 24 relativ
geringe Abmessungen auf, die vorzugsweise weniger als den fünffachen
Wert des Durchmessers des elastischen Dichtrings 23, insbesondere
weniger als den dreifachen Wert des Durchmessers des elastischen Dichtrings 23 betragen.
Somit wird ein entsprechender Kippwinkel ermöglicht. Zudem ist es bevorzugt, dass
die Vorsprünge 27, 28 von
der Nut weg jeweils abfallend ausgebildet sind, sich ihre Höhe mit zunehmender
Entfernung von der den elastischen Dichtring 23 aufnehmenden
Nut also verringert. Dadurch wird der mögliche Kippwinkel vergrößert. Beispielsweise können die
Oberseiten der Vorsprünge 27, 28 von Abschnitten
von Kugelflächen
oder Kegelflächen
gebildet werden.
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Durch
die bevorzugte kreisringförmige
Ausbildung des elastischen Dichtrings 23 und der Dichtfläche 25 wird
weiters eine Verdrehung des Ringstücks 18 gegenüber dem
Basisstück 19 um
die Längsachse 24 ermöglicht,
wie dies in 7 angedeutet ist. Es wird dadurch
eine Anpassung an unterschiedliche Drehstellungen der Gegenflansche 10, 15 von
miteinander zu verbindenden Vakuumbauteilen 11, 16 ermöglicht.
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In 8 ist
eine mögliche
Umkehrung der Anordnung des elastischen Dichtrings 23 und
der Dichtfläche 25 dargestellt.
Der elastische Dichtring 23 ist hier an der inneren, der
Längsachse 24 des
Basisstücks 19 zugewandten
Oberfläche
des Ringstücks 18 angeordnet
und die mit dem elastischen Dichtring 23 zusammenwirkende
Dichtfläche 25,
an die er angepresst ist, an der äußeren, von der Längsachse 24 des
Basisstücks 19 abgewandten
Oberfläche
des Basisstücks 19.
Der elastische Dichtring 23 kann beispielsweise wiederum
in einer Ringnut angeordnet sein, die in der bereits beschriebenen
Weise ausgebildet sein kann. Beispielsweise ist wiederum auch ein
anvulkanisieren an das Ringstück 18 denkbar
und möglich.
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9 zeigt
eine mögliche
Modifikation des in den 2 bis 6 dargestellten
Ausführungsbeispiels,
wobei die Verschiebung des Ringstücks 18 gegenüber dem
Basisstück 19 in
die zum Gegenflansch 10 weisende Richtung durch einen Anschlag begrenzt
ist, der von einem ringförmigen
Vorsprung 38 an der Innenseite des Ringstücks 18 gebildet
wird. Ebenso könnte
beim Ausführungsbeispiel
von 8 ein solcher Anschlag durch einen an der Außenseite des
Basisstücks 19 angeordneten
Vorsprung gebildet werden.
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In
den gezeigten Ausführungsbeispielen
ist der Dichtring 23 als O-Ring dargestellt. Auch elastische
Dichtringe mit anderen Querschnittsformen könnten eingesetzt werden.
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Zur
Abdichtung zwischen dem Ringstück 18 und
dem Gegenflansch 10 könnten
auch Dichtringe mit anderen Querschnitten als O-Ringe eingesetzt werden.
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Die 10 und 11 zeigen
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem ein Vakuumbauteil 32, welches in Form eines Verbindungsbauteils
ausgebildet ist und eine erfindungsgemäße Flanscheinrichtung 8 aufweist,
zur Verbindung von zwei Vakuumkammern 29, 30 mit
einer Vakuumpumpe 31 dient.
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Einer
der mit den Gegenflanschen 10, 15 der Vakuumkammern 29, 30 zu
verbindenden Flansche des Vakuumbauteils 32 ist in Form
einer erfindungsgemäßen Flanscheinrichtung 8 mit
einem Basisstück 19 und
einem gegenüber
diesem mittels eines elastischen Dichtrings 23 abgedichteten
Ringstück 18 ausgebildet,
welches zumindest einen Freiheitsgrad für eine Bewegung gegenüber dem
Basisstück 19 aufweist.
Die Ausbildung des Basisstücks 19 und
des Ringstücks 18 kann
hierbei in der bereits beschriebenen prinzipiellen Weise erfolgen.
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Die
zur Verbindung mit der Vakuumkammer 30 und der Vakuumpumpe 31,
die in 11 nur schematisch angedeutet
ist, dienenden Flansche 33, 34 können in
herkömmlicher
Weise ausgebildet sein. Auch eine Ausbildung von einem oder beider
dieser Flansche 33, 34 in analoger Weise wie die
Flanscheinrichtung 8 ist denkbar und möglich.
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Das
Vakuumbauteil 32 weist einen einen Vakuumbereich bildenden
Innenraum 35 auf. Dieser ist kanalartig ausgebildet, wobei
die miteinander verbundenen Kanalabschnitte an den Flanschöffnungen der
Flanscheinrichtung 8 und der Flansche 33, 34 münden. Im
an die Vakuumkammern 29, 30 und die Vakuumpumpe 31 angeschlossenen
Zustand des Vakuumbauteils 32 verbindet dieses die Innenräume 36, 37 der
Vakuumkammern 29, 30 mit der Vakuumpumpe 31.
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Durch
die in erfindungsgemäßer Weise
ausgebildete Flanscheinrichtung 8 ist eine nachträgliche Montage
des Vakuumbauteils 32 an den Vakuumkammern 29, 30 möglich, ohne
die Vakuumkammern 29, 30 zu bewegen. Ebenso ist
eine Demontage ohne eine Bewegung der Vakuumkammern 29, 30 möglich.
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Eine
in erfindungsgemäßer Weise
ausgebildete Flanscheinrichtung 8 kann auch an anderen
Vakuumbauteilen als an Verbindungsbauteilen angeordnet werden. Beispielsweise
kann eine Vakuumkammer mit mindestens einer in erfindungsgemäßer Weise
ausgebildeten Flanscheinrichtung 8 ausgestattet sein. Ein
Vakuumbauteil, beispielsweise in Form eines Verbindungsbauteils,
kann auch mit mehr als einer erfindungsgemäßen Flanscheinrichtung versehen
sein.
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Wenn
im Rahmen dieser Schrift von einem elastischen Dichtring die Rede
ist, so kann ein solcher beispielsweise in herkömmlicher Weise aus FKM (Flour
Elastomer, Viton), FFKM (Perflour Elastomer) oder Silikon ausgebildet
sein. Auch eine Ausbildung aus einem anderen geeigneten gummielastischen
Material ist denkbar und möglich.
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- 1
- Verbindungsbauteil
- 2
- Flansch
- 3
- Flansch
- 4
- Dichtring
- 5
- Flansch
- 6
- Flansch
- 7
- Vakuumbauteil
- 8
- Flanscheinrichtung
- 9
- Innenraum
- 10
- Gegenflansch
- 11
- Vakuumbauteil
- 12
- Innenraum
- 13
- Flansch
- 14
- Dichtring
- 15
- Gegenflansch
- 16
- Vakuumbauteil
- 17
- Innenraum
- 18
- Ringstück
- 19
- Basisstück
- 20
- Schraube
- 21
- Bohrung
- 22
- Dichtring
- 23
- Dichtring
- 24
- Längsachse
- 25
- Dichtfläche
- 26
- Achse
- 27
- Vorsprung
- 28
- Vorsprung
- 29
- Vakuumkammer
- 30
- Vakuumkammer
- 31
- Vakuumpumpe
- 32
- Vakuumbauteil
- 33
- Flansch
- 34
- Flansch
- 35
- Innenraum
- 36
- Innenraum
- 37
- Innenraum
- 38
- Vorsprung